非熱揺らぎによる高濃度コロイド懸濁液系の流動化メカニズム解明

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生細胞の細胞質はタンパク質などのコロイド成分がガラス化するほど高濃度に詰まっているが、流動的である。これは、代謝活動に伴う生体高分子のアクティブな力生成により、細胞質が非熱的に揺らぐためであると考えられている。しかし、細胞質を含む高密度粒子系において、ミクロな非熱的揺らぎが流動性（レオロジー）を制御するメカニズムは明らかでない。本研究では、パラメーターの制御の容易な高濃度コロイド懸濁液をモデル系とし、非熱揺らぎによる高密度粒子系の流動化メカニズムを明らかにすることを目指す。本年度はまず、ガラス転移点に近い濃厚コロイド懸濁液のレオロジー測定と画像解析を行った。高濃度コロイド懸濁液のマイクロレオロジー測定では、音響光学偏向器とピエゾステージによる2重のフィードバック機構を用いることで、粒子に高精度で長時間一定の力を加えながら定常せん断粘度測定を行った。また、画像解析により濃厚コロイド懸濁液の構成粒子の画像の時間変化から、中間散乱関数と動的感受率を計算する手法を開発した。さらに本研究では比較のため、薬剤を用いて細胞骨格を阻害した細胞や代謝を抑制した細胞の細胞質粘弾性についても測定を行った。その結果、通常の細胞質は流動性を保っており、ジャミング転移点近傍の濃厚粒子系特有の粘弾性の周波数依存性を示すことが分かった。一方で、薬剤により代謝活動がほぼ停止し非熱揺らぎが小さくなった細胞は、低周波で固体的に振る舞うことが分かった。これは代謝による非熱揺らぎにより細胞質が特に低周波領域で流動化していることを示唆している。また、細胞骨格阻害は細胞質の粘弾性にほぼ影響を与えず、非熱揺らぎの大きさと粘弾性の大きさの間に負の相関があることが分かってきている。